1、轴类零件的机械加工工艺设计 前言随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速
2、、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。目录前言2第1章 零件工艺分析41.1零件的用途41.2零件图工艺分析41.3零件毛坯及材料的选择5第2章 加工设备及辅助工具的选择62.1机床的选择62.2刀具的选择62.3量具的选择72.4夹具的选择7第3章 拟定工艺方案73.1加工工序的划分73.2 加工顺序的确定83.3加工路线的确定83.4零件定位基准的确定103.5装夹方式的确定113.6工作坐标原点与换刀点的确定12第4章 切削用量选择134.1
3、背吃刀量的确定134.2主轴转速的确定134.3进给速度的确定15第5章 工艺文件的制定及程序编制155.1数控加工工艺卡155.2刀具卡165.3程序编制17结论25致谢语26参考文献2727轴类零件的机械加工工艺设计内容摘要 数控加工工艺是数控编程与操作的基础，合理的工艺是保证数控加工质量、发挥数控机床效能的前提条件。因此本文主要是对轴类零件的数控加工工艺进行分析，详细地阐述了轴类零件的加工工艺分析及制定加工方案的整个设计过程。 关键词 数控技术；工艺设计；程序编制第1章 零件工艺分析1.1零件的用途图中所设计的零件为一复杂的轴类零件，而轴类零件又是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来
4、连接和支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷，图示的零件也不例外。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等，图示零件则为阶梯轴。所以，图中所示零件的用途是连接其它配合件，起的作用是支承其它传动零部件，传递扭矩和承受载荷，可用于汽车、机械等行业。1.2零件图工艺分析该零件是由螺纹、圆柱、圆弧、椭圆弧、槽等表面组成，总长度为100mm,其中有较严格的直径尺寸精度要求，粗糙度要求槽面3.2、其他表面为1.6。经过以上分析，我可以采用以下几点工艺措施：（1）椭圆轴外圆轮廓的尺寸精度都是
5、要求公差在0-0.05范围之内.因此编程时可以按整数编，粗加工过后，精加工之前统一进行磨耗调整，使得零件精度得到保证，即在磨耗调整中输入-0.025。若因加工误差导致零件加工出偏少则在磨耗中加一个数值，若零件加工出偏大则减一个数值。总之根据实际情况调整尽量使零件加工后尺寸处于公差范围中间值。 （2）在轮廓曲线上，有一处椭圆弧与阶梯轴相连，为了保证其椭圆起点与阶梯轴的端部相连的准确性，通过椭圆公式，及所给已知条件算出椭圆弧起点坐标为(22.98,12.144)。（3）零件的右端是由外螺纹，圆柱、圆弧、槽等表面组成，且每段圆柱轴的长度很少，显然不好装夹，因此为了保证工件的定位准确、稳定、夹紧方便可
6、靠、支撑面积大、便于装夹，所以应留在最后加工，先装夹毛坯加工左端内、外表面及圆柱f38 mm。再调头装夹f36 mm的圆柱加工右端。1-1 椭圆球轴类零件图1.3零件毛坯及材料的选择轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式及毛坯材料。对于外圆直径之间相差不大的阶梯轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。 由于该零件的进行机械要求不是很高且阶梯轴外圆直径相差不大，故毛坯选用棒料。毛坯规格选择为f40120mm。如下图所示：图1-245号钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调
7、质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。由于该零件无很高的机械性能要求，因此该零件材料选用45号钢。第2章 加工设备及辅助工具的选择2.1机床的选择根据该零件外形属于轴类零件，比较适合在车床上加工，又经过对零件图尺寸及形状分析，尺寸精度较高且要加工椭圆弧及内腔，普通机床不能加工出该零件的形状，也很难保证其尺寸精度、表面粗糙度，为了保证零件的加工尺寸精度和表面质量，因此选用数控车床，由于我们学校现在使用的是FANUC数控系统，所以利用学校资源。我选择在本校的数控机床FANUC-CK6140加工该零件。数控机床FANUC-C
8、K6140实物图见附录一。2.2刀具的选择刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度高、红硬性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便，能适应高速和大切削用量切削。选刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。根据该零件分析选刀如下： 1、由于是钢件，平端面时我选用45硬质合金端面车刀。2、零件外圆粗车、精车在这里我选择一把硬质合金右端面93外圆车刀。零件内轮廓形状加工时我选用的是刀杆为2020
9、mm材料为硬质合金的镗孔刀。3、切槽时由于零件中外形槽宽为8mm，一般都选刀宽4mm,刀杆2020mm材料为硬质合金的切槽刀，切外形槽时选用4mm 刀宽就可以了。零件的内形槽槽宽也是8mm，因此我选用3mm的内切槽刀切内槽。4、切螺纹时为了保证其螺纹刀的强度我选用的材料是硬质合金的60外螺纹车刀和60内螺纹车刀。2.3量具的选择数控加工一般采用通用量具，如游标卡尺、百分表、内径千分尺等，为了使零件加工后达到技术要求，我选择的量具规格是：外端面长度用规格为0150mm游标卡尺进行测量；内孔用规格2550mm内径千分尺进行测量。螺纹用0150mm的游标卡尺进行测量，槽用高度尺测量。量具的精度必须与
10、加工精度相适应，以提高工件的测量精度。2.4夹具的选择数控机床加工零件中必须在机床上占有一个正确的位置，才能使工件加工后达到工序加工要求。机床夹具作为在金属切削机床上确保这个正确的位置的一种工艺装备，其设计及使用在金属切削加工、保证零件加工精度和质量中占有关键的地位。因此选择合适的夹具非常重要，根据该轴类零件的形状位置精度要求需保证同轴度，则选用三爪自动定心卡盘。第3章 拟定工艺方案3.1加工工序的划分通常工序划分有三种方法：按零件的装夹定位方式划分；按粗、精加工划分； 按所用的刀具划分工序；由于零件需要调头加工，如果按粗、精加工划分工序。在调头加工前有两次粗加工和精加工，调头后加工有一次粗加
11、工和精加工，这样划分的话显得很繁琐且很难保证其同轴度，所以不可取。如果按所用刀具划分工序，刀具至少有7把，比较多，若要调头加工前后至少要重复使用三把刀，而同一把刀的两次粗、精加工分别在调头加工前后，加工内容不连续，所以也不合理，不易划分工序；只有按零件的装夹定位方式划分工序比较符合该零件的加工工序，且能保证两次装夹的位置精度，每一次装夹为一道工序。该零件需调头一次完成三道加工工序即可以完成所有的加工表面，也能够保证各尺寸精度及表面粗糙度。3.2 加工顺序的确定零件车削加工顺序确定需遵循以下几个原则：（1）基面先行原则 用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。所
12、以我应先平左端面作为基准面。（2）先主后次 由于所加工表面都是重要表面，因此应按照顺序从右到左加工。（3）先粗后精 先车削去除大部分的金属余量，再进行成形加工以保证零件的尺寸要求和质量要求。（4）先面后孔 因此先加工左端外表面后再钻孔 （5）内外交加 即对有内表面，又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。因此我先对左端内外表面进行粗加工，再一次精加工。3.3加工路线的确定在数控加工中，刀具的刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：(1) 加工路线应保证被加工零件的尺寸精度和表面粗糙度，且效率高。尽量使数值计算
13、简单、以减少编程工作量。(2) 应使加工路线最短，这样即减少了程序段，又减少了空行程时间。(3) 确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况确定是一次进给，还是多次进给来完成表面的加工。综合上面加工路线的原则及零件具体分析确定的加工路线有四步如下图所示： 图3-1零件轮廓第一步：装夹右端，加工左端内轮廓形状，棒料伸出卡盘外75mm,找正后夹紧。粗车左端面和外圆并钻f20x40mm孔,用G71指令依次粗车左端外轮廓。图3-2第二步：用用G71指令从右到左依次粗车左端内轮廓。图3-3第三步：装夹右端，依次用G70指令精加工左端内轮廓，再进行左端用G01指令内轮廓切槽，G92指令
14、内螺纹加工，最后依次用G70指令进行左端外轮廓精加工。图3-4 第四步：装夹左端用G73指令对右端外轮廓进行粗加工，用G70指令对右端外轮廓进行精加工，用G75指令切槽，G92指令螺纹加工。图3-53.4零件定位基准的确定零件定位基准的选择包括粗基准和精基准的选择。（1）粗基准选择原则为了保证不加工和加工表面之间的位置要求，应选不加工表面作粗基准。合理分配各加工表面的余量，应选择毛坯外圆作粗基准。粗基准应避免重复使用。选择粗基准表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷。以便定位可靠。（2）精基准选择原则基准重合原则：选择加工表面的设计基准为定位基准；基准统一原则，自为基准原则，互为基准原则综合上
15、述基准选用原则，由于是轴类零件，在车床上只需用三爪卡盘装夹定位，定位基准应选在零件的轴线上，以毛坯f40mm的棒料的轴线和右端面作为定位基准。3.5装夹方式的确定数控机床与普通机床一样也要选择定位基准和夹紧应力求设计、工艺与编程计算的基准统一，减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面，避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。装夹应尽可能一次装夹加工出全部或最多的加工表面。由零件图可分析，我应先装夹f40mm直径毛坯的一端，夹紧其40mm的长度加工左端内外轮廓。一直加工到零件右端的f38 mm然后将棒料卸下。装夹f36 mm的圆柱表面，加工另一端的外轮廓，槽，螺纹。这样两次装夹即可完成零件的所有加工表面，且能保证其加工要求。装夹方式如下：图3-6加工左端装夹
